(57)【要約】【課題】自律移動装置及び自律移動制御方法において、進行方向側方にある障害物の位置を適切に評価して効率的な直進走行を実現を図る。【解決手段】本装置は走行制御条件を記憶する記憶手段、障害物位置情報を取得する環境情報取得手段、走行手段、及び走行制御条件と障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えており、走行制御手段は環境情報取得手段が取得した障害物までの距離に対し、障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重み係数ｙを乗算した換算障害物距離と、最高速度、加速度及び減速度に基づき、進行方向の走行速度を設定する。狭い通路などを移動するとき、進行方向の障害物に対する反応と側方の壁などに対する反応を区別でき、より高速に効率的な走行ができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、
前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、及び減速度を記憶しており、
前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離を算出し、
前記所定の最高速度、加速度、減速度、及び前記換算障害物距離に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動装置。
【請求項２】
前記記憶手段は予め走行場所に応じて走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に前記進行方向の走行速度を修正して走行することを特徴とする請求項１記載の自律移動装置。
【請求項３】
走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、
前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、減速度、及び予め走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、
前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に前記所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動装置。
【請求項４】
前記走行制御対象領域は楕円形であることを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項５】
前記走行制御対象領域は長方形であることを特徴とする請求項３に記載の自律移動装置。
【請求項６】
前記走行制御対象領域は予め走行場所に応じて記憶手段に記憶設定されたものであり、前記走行制御手段は走行制御条件を走行制御対象領域毎に修正することを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項７】
前記環境情報取得手段は検出領域が走行方向前方の略全方位となるように複数の超音波センサを配したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項８】
前記環境情報取得手段はレーザレーダであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項９】
記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、
走行移動時に障害物位置情報として取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した距離と、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動制御方法。
【請求項１０】
記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、
予め走行方向前方に設定した楕円形又は長方形の走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人や台車など他の移動物体が移動するのと同じ領域において、障害物を検出して移動し所望の動作を達成する自律移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自律移動装置と障害物までの距離をレーザレーダやソナー等の測距型センサや画像を用いて取得し、得られた距離に応じて自律移動装置の走行速度を設定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２９６４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような自律移動装置では、距離に応じて速度を設定するため、狭い通路などを走行する場合、壁を検知すると壁と自律移動装置との距離に応じた速度が設定され、低速での運行になってしまう。また、障害物検出エリアを狭くすると、横から検出エリアに接近する人などに対して減速する頻度は減るが、障害物が検出エリアに入ったときに急減速することになる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により進行方向側方にある障害物の位置を適切に評価して最適速度による効率的な直進走行を実現できる自律移動装置及び自律移動制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、及び減速度を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した換算障害物距離を算出し、前記所定の最高速度、加速度、減速度、及び前記換算障害物距離に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動装置である。
【０００７】
上記構成においては、進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物との距離を遠くに見なす処理を行った換算障害物距離を用いて障害物の距離を評価し、進行方向の走行速度を設定するので、狭い通路などを移動するとき、進行方向にある障害物に対する反応と側方にある壁などに対する反応を、区別して設定することができ、区別しない場合に比べてより高速に効率的な走行ができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動装置において、前記記憶手段は予め走行場所に応じて走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に前記進行方向の走行速度を修正して走行するものである。
【０００９】
上記構成においては、換算障害物距離を用いると共に、走行制御領域内部に障害物を検出した場合のみ進行方向の走行速度を設定変更するので、走行制御領域のエリア外の障害物に反応することがないため、通路上にある障害物以外の壁などに対する反応を減らすことができ、走行制御領域を用いない場合に比べてさらに高速に効率的な走行ができる。
【００１０】
請求項３の発明は、走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、減速度、及び予め走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に前記所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動装置である。
【００１１】
上記構成においては、走行制御領域内部に障害物を検出した場合のみ進行方向の走行速度を設定変更するので、走行制御領域外の障害物に反応することがないため、通路上にある障害物以外の壁などに対する反応を減らすことができ、走行制御領域を用いない場合に比べてより高速に効率的な走行ができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項３記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は楕円形のものである。
【００１３】
上記構成においては、滑らかな境界を有する楕円形の走行制御領域を用いているので、レーザレーダを用いて検出物を連続的にスキャンする場合などにおいて、領域設定のイメージが得やすい利点があり、また領域境界までの距離が簡単な計算により得られる利点がある。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項３記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は長方形のものである。
【００１５】
上記構成においては、長方形の走行制御領域を用いるので、通路方向に平行な長方形とすることで、通路の形状と類似したエリアの設定を容易に行うことができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は予め走行場所に応じて記憶手段に記憶設定されたものであり、前記走行制御手段は走行制御条件を走行制御対象領域毎に修正するものである。
【００１７】
上記構成においては、走行する場所によって条件を変更できるので、その場所毎に最適な走行を実施することができ、効率的な走行ができる。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段は検出領域が走行方向前方の略全方位となるように複数の超音波センサを配したものである。
【００１９】
上記構成においては、検出領域が走行方向前方の略全方位となるように複数の超音波センサを配して障害物検出を行うので、簡便かつ安価にセンサを設けることができ、また、進行方向前方進路上及び進路側方に現れる障害物を各角度毎に障害物までの距離を確実に測定できる。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段はレーザレーダであるものである。
【００２１】
上記構成においては、レーザレーダをセンサとして用いるので、角度スキャンすることにより進行方向からの角度の分解能を細かくできると共に、障害物までの距離を超音波センサよりも遠くまで精度良く距離測定でき、より精密な相応制御ができる。
【００２２】
請求項９の発明は、記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、走行移動時に障害物位置情報として取得した障害物までの距離に対しその障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くに見なす重みを付加した距離と、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動制御方法である。
【００２３】
上記制御方法においては、進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物との距離を遠くに見なす処理を行った換算障害物距離を用いて障害物の距離を評価し、進行方向の走行速度を設定するので、狭い通路などを移動するとき、進行方向にある障害物に対する反応と側方にある壁などに対する反応を、区別して設定することができ、区別しない場合に比べてより高速に効率的な走行ができる。
【００２４】
請求項１０の発明は、記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、予め走行方向前方に設定した楕円形又は長方形の走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動制御方法である。
【００２５】
上記制御方法においては、走行制御領域内部に障害物を検出した場合のみ進行方向の走行速度を設定変更するので、走行制御領域外の障害物に反応することがないため、通路上にある障害物以外の壁などに対する反応を減らすことができ、走行制御領域を用いない場合に比べてより高速に効率的な走行ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態に係る自律移動装置及び自律移動制御方法について、図面を参照して説明する。その主な内容は、自律移動装置がある中継点から次の中継点まで直線移動する際に、走行線上及びその側方に存在する障害物の方向及び距離を検出し、許容値として予め設定した所定の最高速度、加速度、及び減速度と、現在の移動速度とに基づいて、次の移動速度を決定して効率良く移動又は安全に停止する観点からのものである。移動速度は自律移動装置の制御周期毎に決定更新される。
【００２７】
図１は本発明にかかる移動体装置のブロック構成を示す。移動体装置１は、走行制御条件を記憶する記憶手段２と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段３と、走行を行うための走行手段４と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段５とを備えている。記憶手段２は走行制御条件として最高速度、加速度、及び減速度を含む複数の設定条件の組を記憶している。また、環境情報取得手段３は、障害物検出センサとして超音波距離計やレーザレーダを備えている。走行制御手段５は環境情報取得手段３が取得した障害物までの距離、走行制御手段４から出力される現在の走行速度情報、及び走行制御条件に基づいて自律移動を制御する。以下その詳細を述べる。
【００２８】
（実施形態１：障害物までの距離と角度を考慮した速度設定）
本実施形態において、進行方向にある障害物に対する反応と進行方向側方にある壁などに対する反応を区別するために、換算障害物距離が導入される。障害物の検出は、図２に示されるように、自律移動装置の移動方向前方のセンサ取付部３１に設けられた５つの超音波距離計（不図示）によって行われる。各超音波距離計は、移動方向前方の−９０゜から＋９０゜までの方位を分割して分担し、各検出角範囲ＳＡ０〜ＳＡ４における検出物の距離を計測する。例えば、検出角θ（0)〜θ(4)の一つの角θにおいて、距離ｄに障害物を検出したとする。進行方向前方にある障害物について、その障害物の方向が進行方向から外れる度合いが大きいほど障害物までの距離を遠くにあるように見なす換算処理を行う。進行方向から測った障害物の方向の角度θ毎に、障害物までの距離ｄに付加する重みを定める。例えば、図３（ａ）（ｂ）に示される重み係数ｙ＝１＋α（θ）を距離ｄに掛け算する。重みをつけて距離ｄから換算した換算障害物距離Ｄは、Ｄ＝ｄ×（１＋α(θ)）となる。重み付け関数α(θ)は値が正であり、また角度θの絶対値に関する単調増加関数であればよく、角度の単位を度とした場合、図に示すように、α(θ)＝|θ|／３０などとすればよい。この例では、障害物が真横にある場合、Ｄ＝ｄ×（１＋９０／３０）＝４ｄとなり、実際の距離の４倍の位置に障害物があると見なすことになる。
【００２９】
ここで、効率良く移動又は安全に停止する観点から、進行方向前方（走行線上及びその側方）に出現する障害物（ここでは、障害物は静止していると仮定）との衝突回避についての基本的な考えを述べる。それは、自律移動装置が障害物に対面した場合に所定の減速度の下で停止できる移動速度を確保しつつ、最大の許容移動速度での移動を実現することである。走行制御手段は、走行線側方に現れる、自律移動装置に対面しない障害物については、自律移動装置が現在の移動速度でその障害物に向かっていると考えるか、その移動速度で障害物が斜め方向から接近して来ると考えて、次の制御周期における移動速度を設定する。最終的に自律移動装置の移動速度を決める指令速度Vcmdは、各検出角方向における基礎速度V(θ)を算出し、その中から候補移動速度Vminを算出した後に設定される。
【００３０】
図４は、自律移動装置が減速しながらそのまま直進し、距離Ｄで停止する場合の時間ｔと距離ｘの関係を示す。等加速度直線運動の前提の下で、自律移動装置の現在の速度をV_Currentとすると、距離Ｄで停止するための減速度Decは、
Dec ＝ V_Current× V_Current / 2 / Ｄ  ・・・・（１）となる（放物線ａ）。制御周期をCycleとすると、一周期後の速度V_Nextは、
V_Next ＝ V_Current - Dec × Cycle  ・・・・（２）となる。予め定めた減速度PreDefDecにより距離Ｄで止まるとき（放物線ｂ）、その一周期後の速度Vmaxは次式となる。ここで、sqrt(  )は平方根を示す。
Vmax ＝ sqrt( 2× PreDefDec×Ｄ) - PreDefDec × Cycle  ・・（３）そこで、移動効率の観点からV_NextとVmaxの大きい方を、次の制御周期における移動速度を設定するための基礎的な速度（基礎速度Ｖ）とする。大きい速度を選択するのは、この減速度Decが予め定めた減速度PreDefDecよりも小さい場合には距離Ｄに余裕があることを意味するので、現在の速度V_Currentから増速して移動効率を上げるためである。図４の放物線ｃに対応する減速状態は、検出物が自ら接近して来る場合などの異常事態であり、別途急速停止等の措置が取られる。
【００３１】
上記は、自律移動装置とその走行線上の障害物が距離Ｄで対面している場合である。障害物の検出は、前出の図２に示すように、進行方向前方を所定の角度範囲に区切り、各角度範囲毎に障害物検出センサによって行う。検出角θに障害物を検出した場合、次の制御周期における検出角θでの基礎速度V(θ)を上記同様にV_NextとVmaxの大きい方とする。ただし、予め定めた検出最大距離Rmax内に障害物が検出されない検出角範囲については、予め定めた最高速度VPreDefMaxをV(θ)として設定する。このようにして、障害物までの距離に角度に依存した重みを付加し、各方向における基礎速度V(θ)が計算される。図２に示したように５つの超音波距離センサを前方に配置して、障害物を検出する検出角範囲が５つの場合、次の基礎速度V(θ)が得られる。
V(β)、 V(α)、 V( 0 )、 V(−α)、 V(−β)これらの基礎速度V(θ)の中から、確実な停止を確保するため、最小のものを選択して候補移動速度Vminとする。また、距離センサとして角度スキャン可能なレーザレーダを用いる場合は、角度スキャン分割数に応じて基礎速度V(θ)を求める。例えば、レーザレーダが進行方向に対して−９０°から＋９０°までの角度をm区間に分割して測定しているとすると測定角を、θ＝ −90 + n×a、n＝0、1、・・、m-1、ａ＝180／m、とすることができる。これらm個の基礎速度V(θ)の中から最小値を選択して候補移動速度Vminとする。
【００３２】
そして、予め定めた加速度PreDefAccを用いて現在の速度V_Currentから増速した一周期後における加速移動速度Vdefを求める。これと上記の候補移動速度Vminとの大小を比較して、小さい方を指令速度Vcmdとする。
Vdef  ＝ V_Current ＋ PreDefAcc × Cycle  ・・・・（４）
Vcmd  ＝ min(Vdef，Vmin)  ・・・・（５）ここで、min(  ，  )は「かっこ内の小さい方の値」の意味である。図５は、加速移動速度Vdefが小さい場合を示し、図６は候補移動速度Vminが小さい場合を示す。加速移動速度Vdefが小さい場合とは、Vminが現状速度V_Currentから所定の加速度PreDefAccで加速しても得られない大きな速度となる場合である。
【００３３】
さらに、安全のため、所定の最高速度VPreDefMaxと上記で求めたVcmdとを比較して小さい方を指令速度Vcmdとする。
Vcmd  ＝ min(VPreDefMax，Vcmd)  ・・・・（６）このようにして、進行方向前方に存在する障害物の方向及び距離を検出し、所定の最高速度VPreDefMax、加速度PreDefAcc、減速度PreDefDec、及び前記換算障害物距離Ｄに基づいて進行方向の走行指令速度Vcmdが設定される。
【００３４】
さらに、上記の障害物に対する停止動作ではなく、ある中継点から次の中継点（所定の目的地Ｔ）まで移動して停止する場合について述べる。前述の障害物に対する場合の移動速度の計算と同様の計算が行われる。現在地から目的地Ｔまでの距離をddとしたとき、等加速度直線運動の前提の下で、目的地Ｔで停止するための減速度DecTは、
DecT = V_Current× V_Current / 2 / dd  ・・・・（７）となる。制御周期をCycleとすると、一周期後の速度V_NextTは、
V_NextT = V_Current - DecT × Cycle  ・・・・（８）となる。また、予め定めた減速度PreDefDecにより距離ddで止まるとき、その一周期後の速度VmaxTは、次式で求まる。
VmaxT ＝sqrt( 2× PreDefDec×dd）- PreDefDec × Cycle  ・・（９）ここで、前記同様に移動効率の観点からV_NextTとVmaxTの大きい方を目的地到達速度VcmdTとする。さらに、安全のため、前出の指令速度Vcmdと上記で求めたVcmdTとを比較して小さい方を新たに指令速度Vcmdとする。
Vcmd  ＝ min(VcmdT，Vcmd)  ・・・・（１０）このようにして求めた指令速度Vcmdによって自律移動装置の各制御周期毎の走行が行われる。
【００３５】
（実施形態２：障害物を検出する領域を考慮した速度設定）
本実施形態では、上記で導入した換算障害物距離に替わって、走行方向前方に設定した走行制御対象領域を導入する。走行制御手段は、環境情報取得手段が走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合と外部に障害物を検出した場合とを区別して、所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定する。走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に走行速度制限を行うことにより、高速で安全な走行移動を実現できる。この走行制御領域は、自律移動装置の前方に設定され、自律移動装置の移動に伴って移動する。また、この走行制御領域は、移動の中継点から次の中継点に至る区間で定義される走行場所毎に設定することができ、自律移動装置の記憶手段に記憶されている。
【００３６】
上述の走行制御領域として長方形制御領域を設定した場合について述べる。図７に示すように、長方形の横幅の半分の長さr1及び縦の長さr2を予め設定したエリア特徴量として記憶手段に記憶しておく。また、予め環境情報取得手段の方向毎に、例えば５つの超音波距離センサを設置した５方向毎に、長方形制御領域の端部までの距離を領域距離Larea(k)、k＝0〜4、として計算して記憶しておく。環境情報取得手段による検出があった場合に、走行制御手段は検出物までの距離と領域距離Lareaとを比較してその検出物の位置が長方形制御領域内かどうか判断し、内部にあればその検出物を障害物とする。なお、センサの検出方向が走行制御領域の進行方向左辺又は右辺と交わる方向の場合、
Larea(k)＝r1／sin(｜θ(k)｜)  ・・・・（１１）であり、進行方向前方の辺と交わる方向の場合、
Larea(m)＝r2／cos(｜θ(m)｜)  ・・・・（１２）である。ここで、θ(k)、θ(m)はセンサの検出角である。
【００３７】
また、走行制御領域として楕円形制御領域を設定した場合、図８に示すように、楕円の中心が自律移動装置の中心線上の先端（距離センサが角度スキャンするときの中心）に設定される。楕円の進行方向半径をEx、これに直交する半径をEyとすると、楕円中心から楕円上の点までの距離、つまり領域距離Lareaは、
Larea(k) ＝ 1／(cos(θ(k))２／Ex２ ＋ sin(θ(k))２／Ey２)  ・・（１３）となる。
【００３８】
上述の楕円形走行制御領域を用いる場合の指令速度Vcmdの設定方法について説明する。走行制御領域における領域距離Lareaに基づく指令速度Vcmdの設定方法は、前記の換算障害物距離Ｄと検出最大距離Rmaxに基づいた設定の方法と同様に行われる。走行制御手段は、自律移動装置の移動中に各検出角毎に検出された検出距離d(k)と領域距離Larea(k)とを比較して、d(k)≦Larea(k)、の場合、つまり走行制御領域内に障害物を検出した場合には、前出の（１）（３）式において距離Ｄをd(k)に置き換えると共に、前出の式及びそれらの式に続いて記述された手順に従って、上記同様にV_NextとVmaxの大きい方を検出角θ(k)での基礎速度V(θ(k))とする。また、走行制御領域内に障害物検出がない検出角範囲については、予め定めている最高速度VPreDefMaxをその角度範囲における基礎速度V(θ(k))として設定する。この後は、前記の手順同様に、各基礎速度V(θ(k))の中の最小値が候補移動速度Vminとして選択され、前出の（４）〜（１０）式等に従って指令速度Vcmdが求められる。このようにして得られた指令速度Vcmdによって自律移動装置の各制御周期毎の走行が行われる。
【００３９】
（実施形態３：距離センサにより検出された距離の補正処理）
前述の換算障害物距離Ｄを求めて走行指令速度Vcmdを算出するために用いられる距離d、又は番号ｋ等をつけて区別して表記（以下、同様に表記）した各検出角方向毎の個別距離d(k)は、距離センサの出力値ds又はds(k)に対してセンサ配置や自律移動装置の外形サイズなどを考慮して補正して得た値である。超音波距離センサの場合、図９に示すように、超音波受信面は、各距離センサが臨む検出角範囲の頂点（仮想中心）Ｏからオフセット距離Soff(k)だけ離れた点に位置している。レーザレーダの場合は１個のセンサが角度スキャンして用いられるため、図１０に示すように、通常、オフセット距離Soff(k)＝０である。また、自律移動装置には障害物に接近できない範囲が、図９の接近限界線Ｃで示されるように予め定められており、その限界点は、各検出角範囲毎に頂点Ｏから限界距離Climit(k)だけ離れた点として、距離センサよりも外部側の位置に設定されている。従って、有効な距離としての距離dは、
d(k) ＝ ds(k) ＋ Soff(k) − Climit(k)により求める必要がある。このようにして補正処理して求めた距離d(k)＞０に対して重みを与えて換算障害物距離Ｄを計算すればよい。もし、d(k) ≦０となるものがあれば、走行制御手段は走行手段に対して、Vcmd ＝０、即ち停止指令を発信する。
【００４０】
次に、前述の走行制御領域における領域距離Larea(k)と各検出角毎の距離センサの出力値ds(k)とに基づいて指令速度Vcmdを算出する場合の距離の補正処理について述べる。指令速度Vcmdを算出するために用いる距離は、距離センサが検出して出力した出力値ds(k)に上述のオフセット距離Soff(k)を加えると共に、前述の限界距離Climit(k)を引き去ったものを検出距離Ｄ又はＤ(k)として用いればよい。また、前述の領域距離Larea(k)は、超音波距離センサ集合体の仮想中心、又は、レーザレーダの角度スキャン中心から走行制御領域の境界点までの距離として定義されている。従って、これを補正するために図１０に示すように補正前の領域距離Larea(k)から前述の限界距離Climit(k)を引き去って補正したものを新たに領域距離Larea(k)として用いればよい。
【００４１】
（実施形態４：走行場所により走行制御条件の設定値を変更）
上述したように、指令速度Vcmdを設定するために用いられる走行制御条件が設定値テーブルとして記憶手段により記憶されている。図１１に示すように、このような設定値テーブルの組を規定設定２０の他に、自律移動装置が走行している場所によって切り替えるための複数の設定を用意しておくことにより、より効率的な走行が可能となる。例えば、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、最終目的地に向かうまでの、移動の中継点（ｎ−１）から次の中継点（ｎ）に至る区間では設定１が用いられる。また、出発中継点と到着中継点の組み合わせがない場合には、既定設定２０が用いらる。
【００４２】
（実施形態５：換算障害物距離と検出最大距離による自律移動制御方法）
図１３を参照して、換算障害物距離Ｄと検出最大距離Rmaxを用いた自律移動装置の走行制御フローを説明する。自律移動スタート後、まず設定値テーブル２４から所定の走行制御条件の読み込みが行われる（Ｓ１０１）。この後、以下のステップによって、指令速度Vcmdの設定とその速度による走行が制御周期Cycle毎に繰り返される。ステップＳ１０２での初期値の設定に続く検出方向数mの回数行われるステップＳ１０３〜Ｓ１１１のループにおいて、基礎速度V(θ(i))の算出と、その中から候補移動速度Vminの決定が行われる。このループの中で、ｉ番目の検出角θ(i)について距離センサの出力値ds(i)にオフセット距離Soff(i)の加算と限界距離Climit(i)の減算が行われて有効検出距離d(i)が得られる（Ｓ１０３）。この距離d(i)が負かゼロの場合、Vcmd=0として停止指令が出される（Ｓ１０４でＮｏ）。距離d(i)が正の場合、距離d(i)に重み係数ｙ＝１＋α（θ）が乗算されて換算障害物距離Ｄが得られる（Ｓ１０６）。距離Ｄが検出最大距離Rmax以下の場合、停止を前提にした計算のもとで基礎速度V(θ(i))が算出され（Ｓ１０７でＹｅｓ、Ｓ１０８）、距離Ｄが検出最大距離Rmaxよりも遠い場合、基礎速度V(θ(i))として既定の最大速度VPreDefMaxが割り当てられる（Ｓ１０７でＮｏ、Ｓ１０９）。この後、以前のVminと基礎速度V(θ(i))の大小が比較され、小さい方が新たなVminとして設定される（Ｓ１１０）。ステップＳ１１１でループが完了した場合、最終の候補移動速度Vminが決定されている。
【００４３】
次に、現状速度V_Currentから既定の加速度PreDefAccで加速した場合の一周期後の速度Vdef＝V_Current＋PreDefAcc×CycleとVminとの大小が比較され、いずれか小さい方が指令速度Vcmdとして決定される（Ｓ１１２〜Ｓ１１４）。さらに、この指令速度Vminと既定の最大速度VPreDefMaxとの大小比較によりいずれか小さい方が新たな指令速度Vcmdとして決定される（Ｓ１１５、Ｓ１１６）。
【００４４】
次に、検出物よりも目的地の方が近い場合などを考慮した計算を行う。事前に記憶手段に記憶していた、出発点から目的地（中継点）までの距離と、過去の移動距離に基づいて、現在の自己位置座標から目的地座標までの距離ddを計算する（Ｓ１１７）。次に、前記同様に停止を前提とした一周期後の速度V_NextTが計算され（Ｓ１１８）、この速度V_NextTと既定の減速度に基づいて計算された速度VcmdTとの大小比較がなされ、走行効率を考慮して大きい方が目的地到達速度VcmdTとされる（Ｓ１１９）。最後に、上記で決定された指令速度Vcmdとこの目的地到達速度VcmdTとが大小比較されて、小さい方が最終の指令速度Vcmdとして新たに決定されてこの制御周期における指令速度Vcmd設定フローが終了する。
【００４５】
（実施形態６：走行制御領域と領域距離による自律移動制御方法）
図１４を参照して、走行制御領域と領域距離Lareaを用いた自律移動装置の走行制御フローを説明する。自律移動スタート後、まず設定値テーブル２５から所定の走行制御条件の読み込みが行われる（Ｓ２０１）。この後、以下のステップによって、指令速度Vcmdの設定とその速度による走行が制御周期Cycle毎に繰り返される。ステップＳ２０２での初期値の設定に続く検出方向数mの回数行われるステップＳ２０３〜Ｓ２１０のループにおいて、基礎速度V(θ(k))の算出と、その中から候補移動速度Vminの決定が行われる。前述の図１３に示した制御フローとの大きな違いは、ステップＳ１０６における距離の換算がないこと、及びＳ１０７において距離Ｄと検出最大距離Rmaxと比較する替わりに、ステップＳ２０６において距離Ｄと領域距離Larea(k)とが比較されていることである。この２点を除いて、本図における制御フローは上述したものと同様である。
【００４６】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、換算障害物距離を用いる制御と走行制御領域を用いる制御を走行区間毎に切り替えたり、また両制御方法を同時に用いることもできる。上記においては、主に自律移動装置が直線走行して停止するまでについて述べているが、走行途中で走行方向を変更する制御や、障害物回避を行う制御と組み合わせた制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態による自律移動装置の制御ブロック概念図。
【図２】同上装置における距離センサの検出角範囲を示す平面図。
【図３】（ａ）は同上装置において用いられる距離換算の重み係数の図、（ｂ）は同重み係数の極座標表示図。
【図４】等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図５】等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図６】等加速度直線運動における時間と距離の関係図。
【図７】同上装置における長方形の走行制御領域を説明する平面図。
【図８】同上装置における楕円形の走行制御領域を説明する平面図。
【図９】同上装置における距離測定値の補正を説明する平面図。
【図１０】同上補正の楕円形走行制御領域への適用を説明する平面図。
【図１１】同上装置における走行制御条件の設定を説明する図。
【図１２】（ａ）は同上装置における移動経路を説明する平面図、（ｂ）は走行制御条件設定の組合せを説明する図。
【図１３】本発明の一実施形態による自律移動制御方法の制御フロー図。
【図１４】本発明の一実施形態による自律移動制御方法の他の制御フロー図。
【符号の説明】
【００４８】
１  自律移動装置
２  記憶手段
３  環境情報取得手段
４  走行手段
５  走行制御手段
Ａ１，Ａ２  走行制御領域
Ｄ  換算障害物距離、距離
PreDefAcc  加速度
PreDefDec  減速度
VPreDefMax  最高速度
【図１】
2005222559.tif 000003
【図２】
2005222559.tif 000004
【図３】
2005222559.tif 000005
【図４】
2005222559.tif 000006
【図５】
2005222559.tif 000007
【図６】
2005222559.tif 000008
【図７】
2005222559.tif 000009
【図８】
2005222559.tif 000010
【図９】
2005222559.tif 000011
【図１０】
2005222559.tif 000012
【図１１】
2005222559.tif 000013
【図１２】
2005222559.tif 000014
【図１３】
2005222559.tif 000015
【図１４】
2005222559.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成17年4月1日(2005.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、
前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、減速度、及び予め走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、
前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合と同領域の外部に障害物を検出した場合とを区別し、同領域の内部に障害物を検出した場合に前記所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動装置。
【請求項２】
前記走行制御対象領域は楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
【請求項３】
前記走行制御対象領域は長方形であることを特徴とする請求項１に記載の自律移動装置。
【請求項４】
前記走行制御対象領域は予め走行場所に応じて記憶手段に記憶設定されたものであり、前記走行制御手段は走行制御条件を走行制御対象領域毎に修正することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項５】
前記環境情報取得手段は検出領域が走行方向前方の略全方位となるように複数の超音波センサを配したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項６】
前記環境情報取得手段はレーザレーダであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動装置。
【請求項７】
記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、
予め走行方向前方に設定した楕円形又は長方形の走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行することを特徴とする自律移動制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１の発明は、走行制御条件を記憶する記憶手段と、障害物を検出してその位置を測定し障害物位置情報として取得する環境情報取得手段と、走行を行うための走行手段と、前記走行制御条件及び障害物位置情報に基づいて走行手段を制御する走行制御手段とを備えた自律移動装置において、前記記憶手段は走行制御条件として所定の最高速度、加速度、減速度、及び予め走行方向前方に設定した走行制御対象領域を記憶しており、前記走行制御手段は前記環境情報取得手段が前記走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合と同領域の外部に障害物を検出した場合とを区別し、同領域の内部に障害物を検出した場合に前記所定の最高速度、加速度、及び減速度に基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動装置である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は楕円形のものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は長方形のものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の自律移動装置において、前記走行制御対象領域は予め走行場所に応じて記憶手段に記憶設定されたものであり、前記走行制御手段は走行制御条件を走行制御対象領域毎に修正するものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
請求項５の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段は検出領域が走行方向前方の略全方位となるように複数の超音波センサを配したものである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
請求項６の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の自律移動装置において、前記環境情報取得手段はレーザレーダであるものである。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
請求項７の発明は、記憶手段に記憶した走行制御条件及び環境情報取得手段が検出した障害物位置情報に基づき走行手段を制御して走行移動を行う自律移動制御方法において、予め走行方向前方に設定した楕円形又は長方形の走行制御対象領域の内部に障害物を検出した場合に、記憶手段が記憶した所定の最高速度、加速度、及び減速度とに基づいて進行方向の走行速度を設定して走行する自律移動制御方法である。